Einleitung: Die Mortalität der Pneumonie ist auch unter antibiotischer Therapie hoch, insbesondere wenn es zum akuten Lungenversagen, dem sogenannten Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) kommt. In der Pathogenese spielt die alveolo-kapilläre Barrierestörung eine entscheidende Rolle. Der Kationen-Kanal TRPV4 reguliert die pulmonal-vaskuläre Permeabilität in verschiedenen murinen Modellen des ARDS. Seine Rolle bei der pulmonalen Barrierestörung in der Pneumokokken-Pneumonie ist bisher ungeklärt. Methoden: Weibliche TRPV4-Knockout- (TRPV4-KO) und Wildtyp- (WT) Mäuse (Stamm C57Bl/6J) wurden intranasal mit 5 x 106 Kolonie-bildenden Einheiten von Streptococcus pneumoniae (Serotyp 3) infiziert. Ihr klinischer Verlauf wurde alle 12 Stunden erfasst. 47 Stunden nach Infektion wurde Humanes Serum Albumin (HSA) intravenös appliziert. Eine Stunde später wurden die Tiere narkotisiert und präpariert. Es wurde eine bronchoalveoläre Lavage (BAL) durchgeführt und Blut entnommen. Mit einem ELISA wurde die Konzentration von HSA in der BAL-Flüssigkeit (BALF) und im Blut bestimmt und der HSA-BALF/Plasma-Quotient als Maß für die alveolo-kapilläre Barrierestörung kalkuliert. In der BALF und im Blut wurden Bakterienlasten mittels Kultivierung auf Blutagarplatten, die Leukozyten-Subpopulationen mittels Durchflusszytometrie und Impedanzmessung, die Zyto- und Chemokine mit Multiplexassays bestimmt. Im Lungenhomogenat infizierter WT-Tiere wurde mittels Western Blot die Expression von TRPV4 und mittels qPCR die Expression von TRPV4, WNK1 und CFTR bestimmt. In einer weiteren Versuchsreihe erhielten infizierte Wildtyp-Tiere als Behandlung intraperitoneal 10 mg/kg Körpergewicht vom selektiven TRPV4-Inhibitor HC-067047 oder ein entsprechendes Lösungsmittel 24 Stunden vor, direkt nach und 24 Stunden nach Infektion. Ergebnisse: TRPV4-KO-Tiere zeigten nach Infektion eine geringere Hypothermie, einen reduzierten HSA-BALF/Plasma-Quotienten, eine geringere Konzentration neutrophiler Granulozyten in der BALF, geringere Konzentrationen pro-inflammatorischer Zytokine in Plasma und BALF und eine reduzierte Bakterienlast in Blut und BALF im Vergleich zu WT-Tieren. In den Lungenhomogenaten infizierter WT-Tiere fanden sich eine reduzierte Expression des TRPV4-Proteins und eine verminderte Expression der mRNA von TRPV4, WNK1 und CFTR. Die Behandlung von infizierten WT-Tieren mit HC-067047 führte zu keiner Veränderung des HSA-BALF/Plasma-Quotienten. Diskussion: Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass TRPV4 eine Rolle in der Entstehung der S. pneumoniae-induzierten Barrierestörung spielt und somit ein therapeutisches Target beim ARDS darstellen könnte. Außerdem zeigte sich, dass TRPV4 eine Rolle bei der pulmonalen Rekrutierung von neutrophilen Granulozyten bei der Pneumonie spielt. Unklar bleibt jedoch, ob die Barrierestörung vorwiegend durch die TRPV4-Expression in Endothelzellen der Lunge oder in Leukozyten-Subpopulationen beeinflusst wird. Es kann spekuliert werden, dass die Behandlung des akuten Lungenversagens bei Pneumokokken-Pneumonie bestimmte Applikationsformen und -zeitpunkte eines TRPV4-Inhibitors erfordert.
Introduction: Mortality of pneumonia remains high despite antibiotic treatment, especially when it leads to Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS). Dysfunction of the alveolocapillary barrier plays a pivotal role in the pathogenesis of ARDS. The importance of TRPV4 in murine models of ARDS has been shown. However, its role in the pathogenesis of pulmonary barrier dysfunction in pneumococcal pneumonia remains unknown. Methods: Female TRPV4-knockout (TRPV-KO) and corresponding C57Bl/6J wildtype (WT) mice were infected intranasally with Streptococcus pneumoniae (5 x 106 colony-forming units, serotype 3). Body weight and temperature were monitored every 12 hours. Human serum albumin (HSA) was injected intravenously 47 hours after infection. One hour later, mice were sacrificed. Bronchoalveolar lavage (BAL) was performed and blood was drawn. Concentrations of HSA in blood and BAL fluid (BALF) were quantified by ELISA, bacterial loads were quantified by culture on blood agar. The HSA BALF/plasma ratio was calculated to quantify alveolocapillary barrier dysfunction. Leucocyte subpopulations in BALF and blood were measured using FACS and a hemocytometer. Lung homogenates from WT animals were analyzed for TRPV4 protein expression by Western Blot and for mRNA expression of TRPV4, WNK1 and CFTR using qPCR. In a further set of experiments, infected WT animals received intraperitoneal injections of the selective TRPV4 inhibitor HC-067047 (10 mg/kg bodyweight) or of the diluent (24 hours before, right after, 24 hours after infection). Results: TRPV4-KO mice showed a lower degree of hypothermia, reduced HSA BALF/plasma ratios, a decline in PMN concentrations in BALF, lower concentrations of pro-inflammatory cytokines in BALF and plasma, and reduced CFUs in BALF and blood compared to WT mice. Lung homogenates from infected WT animals showed reduced expression of the TRPV4 protein and lower mRNA expression of TRPV4, WNK1 and CFTR. Treatment with HC-067047 of infected WT animals did not affect pulmonary permeability. Conclusion: The data show that TRPV4 plays a pivotal role in the pathogenesis of alveolocapillary barrier dysfunction induced by S. pneumoniae. Further investigations should examine its role as a therapeutic target in ARDS. In addition, TRPV4 was also shown to play a role in the recruitment of PMNs to the lung after infection. However, the differential effect of TRPV4 expressed by endothelial as compared to myeloid cells on the development of alveolocapillary barrier dysfunction has not yet been determined. It is tempting to speculate that treatment of lung failure in pneumococcal pneumonia may require specific routes and timing of TRPV4 inhibitor application.
